Le physicien Luca Donini et des collègues de l’Université de Cambridge annoncent avoir réalisé un corps composé d’un nuage d’atomes de potassium doté d’une température inférieure au zéro absolu. Le zéro absolu est la température la plus basse qui puisse exister. Il correspond à la limite basse de l’échelle de température thermodynamique
wikipedia https://fr.wikipedia.org/wiki/Z%C3%A9ro_absolu .
Ils ont réalisé cet exploit en manipulant les états quantiques de ces atomes. Seule la mécanique quantique permet une telle opération, à laquelle se refuse la thermodynamique classique.
Une collection d’atomes ayant une température positive est constituée d’une majorité d’atomes de haute énergie et d’une minorité d’atomes de basse énergie. Au zéro absolu, tous les atomes disposent d’une énergie minimale équivalente. Mais à une température négative, les atomes à basse énergie deviennent la majorité et ceux à haute énergie des exceptions.
Ceci conduit au paradoxe caractérisant les températures en dessous du zéro absolu. Elles sont plus chaudes que les températures positives. Ceci est du au fait qu’un objet de température négative dispose de plus d’énergie que le même objet de température positive. Lorsque on les réunit, la chaleur du premier s’écoule vers le second. De la même façon, si l’on place un verre empli d’eau froide dans une pièce chaude, la chaleur de celle-ci s’écoule vers le verre et le réchauffe.
Donini réalisa cette expérience en plaçant des atomes de potassium dans une chambre à vide et en abaissant leur température presque au zéro absolu grâce à des lasers et des champs magnétiques. Ceci lui permit de contrôler l’état quantique des atomes afin de les refroidir à des températures négatives.
Les physiciens n’ont pas encore compris à quel type de matière quantique ils aboutissaient. Ils vont continuer à expérimenter pour tenter de répondre à la question. Evoqueront-ils le concept de matière noire?
Référence
Quantum simulation with ultracold bosons in frustrated optical lattices
Authors Daniel Braund, Mehedi Hasan, Luca Donini, Sompob Shanokprasith, Tobias Marozsak, Tim Rein, Liam Crane, Max Melchner von Dydiowa, Daniel Reed, Tiffany Harte, Ulrich Schneider
Publication date 2024/6/6
Journal Bulletin of the American Physical Society
We present results from our experiments using bosonic 39 K atoms in optical lattices as an analogue quantum simulator for the Bose-Hubbard model on the triangular and kagome lattices. Because these lattices are nonbipartite, they exhibit geometric frustration. This gives rise to two inequivalent band maxima in the triangular lattice and a flat band in the kagome lattice band structure. Since the effects of frustration are only seen at the top of the lowest set of touching bands, we prepare atoms at a negative absolute temperature such that these highest energy states are preferentially occupied.
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